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Master Sciences et Génie des Matériaux : Parcours Matériaux, Contrôle et Sécurité

Crédits ECTS : 120
4 semestres

@libelle@libelle

Public concerné
  • Formation initiale
  • Formation continue
  • Contrat de professionalisation
Domaine : Sciences, Technologies, Santé
Mention : Sciences et génie des matériaux

Liste des principaux enseignements

  • Méthodes des éléments finis
  • Physique numérique
  • Instrumentation
  • Ultrasons-laser
  • Microscopie Acoustique
  • Contrôle Santé Intégré
  • Analyse et Traitement du Signal
  • Couches minces et nanomatériaux
  • Micro-capteurs
  • Méthodologie et Analyses Des Risques.

Semestre
S7
Crédits ECTSVolume horaire
INSTRUMENTATION

Contenu Sous le terme d'instrument de mesure, nous présentons un outil d'évaluation développé à partir des trois approches : analytique, numérique et pratique 1. Analytique par l’exploitation des expressions mathématiques mettant en évidence des lois liant ensemble les grandeurs recherchées. 2. Numérique par le biais des logiciels tenant en compte des lois mathématiques déjà exprimées en voie analytique. 3. Pratique par la mise en place des bancs de mesures et d’analyses à travers des applications concrètes Contenu des enseignements Ce cours portera sur des approches mathématiques au profit de la physique : • Analyse temporelle • Analyse fréquentielle • Prise en main des logiciels dédiés (Labview, Matlab…) : Configuration. • Mesure, contrôle et commande sous un protocole : o d’acquisition des données discrètes o d’acquisition des signaux numériques o d’analyse des signaux (Hilbert, FFT, Laplace, Temps/Fréquence, …) o d’analyse statistique des données

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    4 36 HeuresImprimer
    SIMULATION DES PHENOMENES PHYSIQUES

    Cours : Méthode des éléments finis (8h CM, 8h TD, 8h TP) : - Approche simple de la discrétisation d'un problème continu : différences finies - Principes de la méthode des éléments finis - Conditions sur les maillages : convergence, taille et ordre des éléments, pas temporel ou fréquentiel - Application des conditions aux limites TD, TP : résolution de problèmes de propagation par différence finie (1D) et éléments finis (2D ou 3D) : corde vibrante, ondes de flexion dans un plaque, propagation acoustique dans l'air ; ... Physique numérique (8h CM, 8h TD, 8h TP) : - Introduction à la programmation sous Matlab - Méthodologie associée à la résolution numérique d’un problème physique - Recherche des racines et des extrema d’une fonction - Dérivation et intégration - Echantillonnage, interpolation - Résolution d’équations différentielles linéaires - Manipulation de matrice TD, TP : Résolutions numériques de problèmes concrets touchant divers domaines de la Physique : Equation de la chaleur, ondes propagatives (interférence, diffraction), détermination de trajectoires…

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    4 48 HeuresImprimer
    CAPTEURS INDUSTRIELS

    - EC1 : Fonctionnalisation de la matière Mise en œuvre et fonctionnalisation de différents capteurs et applications : - Capteurs optiques : photorésistance, photodiode (formation de la jonction PN ; cellule solaire), photomultiplicateurs, fibre optique, capteurs d’images) - Capteurs Laser : principe de la génération du laser, les différents matériaux -Capteurs magnétiques, thermistances CTN, CTP, capteurs de températures (thermocouples) -EC2 : Capteurs et chaînes de mesure - Caractéristiques générales de certains capteurs - Structure de la chaîne de mesure et étude des principaux conditionneurs - Compensation des grandeurs d’influence - Sensibilité - Linéarisation et amplification du signal - Transport de l’information - Types et méthodes de mesure ; Temps/fréquence d’un signal ; Echantillonnage, Analyse fréquentielle et transformée de Fourier ; - Effet Doppler ; Stroboscope ; Vibromètre Laser ; Ultrasons ; LabView,

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    4 42 HeuresImprimer
    CARACTERISATIONS I

    Analyses thermiques et granulométriques - Analyses thermiques : Présentation des techniques ATD-ATG, DSC, dilato. Exploitation de courbes – Techniques d’analyses granulométriques Rappels éventuels : Diamètre équivalent, distribution granulométrique, diamètre moyen, surface spécifique et exercices relatifs à ces notions. Présentation de quelques techniques parmi les suivantes : tamisage, diffraction laser, diffusion laser, sédimentation, compteur Coulter (conductivité électrique), spectroscopie acoustique, analyse d’image et examen microscopique, adsorption (BET et éventuellement texture des matériaux pulvérulents ou poreux) Rhéologie- Viscosimètrie - Ecoulement laminaire de cisaillement ; Différents types de viscosités ; - Viscoélasticité linéaire (modèles viscoélastiques linéaires : solide élastique parfait, liquide Newtonien, lois d’association, liquide de Maxwell, solide de Kelvin-Voigt, modèle de Burgers) . - Les différents modes d’écoulement (liquides Newtonien, rhéofluidifiant, rhéoépaississant, thixotrope) - Techniques expérimentales de mesures rhéologiques.

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    CONTROLE DES MATERIAUX

    CND Méthode Générales L'ensemble des techniques de contrôle non destructif sont étudiées dans ce cours, ce qui permet aux étudiants d'avoir une connaissance globale des différentes techniques présentes aujourd'hui dans l'industrie. Les bases théoriques via les phénomènes physiques mis en jeu sont étudiées ainsi que les aspects pratiques via de nombreux exemples d'applications. A l'issue du cours les étudiants sont capables de définir les techniques qui doivent ou peuvent être mises en place pour une situation de contrôle donnée. Les cours couvrent les méthodes classiquement employées par les industriels, qu’elles soient d’origines mécaniques (ultrasons, émission acoustique), mécanique et chimique (ressuage), électromagnétiques (magnétoscopie, courant de Foucault, bruit Barkhausen, radiographie radioscopie X et gamma, tomographie X) ou thermique (thermographie Infrarouge). Les cours couvrent les méthodes suivantes: Ultrasons, Emission Acoustique, Magnétoscopie, Courant de Foucault, Bruit Barkhausen, Ressuage, Radiographie et Radioscopie X, Tomographie X, Thermographie Infrarouge.

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      ECO-CONCEPTION (Choix des Matériaux)

      A/ Rappels - démarche de conception d’un produit industriel, - propriétés des matériaux selon la nature chimique et l’état physique, intéractions procédés-matériaux. B/ Démarche de choix des matériaux - place et rôle du choix des matériaux - introduction aux démarches d’éco-conception C/ Méthode de classement et d’optimisation - Analyse du cahier des charges fonctionnel et proposition d’un « cahier des charges matériaux » - Méthodes des indices de performance : formes imposées et formes libres D/ Etude de cas industriels, utilisation d’une base de données matériaux

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        ANGLAIS

        TD : -préparation au TOEIC : Méthodologie ; grammaire ; vocabulaire spécifique ; compréhension écrite : générale et détaillée, implicite ; compréhension orale : générale et détaillée, implicite. --les matériaux : vocabulaireTP : -communiquer à l’oral : se présenter ; parler de sujets généraux -rédaction d’articles généraux sur les matériaux

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          3 36 HeuresImprimer
          SHS3 36 HeuresImprimer
          S8
          Crédits ECTSVolume horaire
          CARACTERISATION DES MATERIAUX 2

          Méthodes spectroscopiques - Principe de fonctionnement d’un spectromètre RMN- Nature des différentes interactions en solide - Analyse de spectres 1D : statique, MAS, CP et découplage - Analyse de spectres 2D en solide et liquide - Principe de la spectroscopie Infra-rouge et de la diffusion Raman - Processus conduisant à une transition -Vibration des molécules diatomiques - Règles de sélection - Symétrie moléculaire - Groupes de symétrie - Détermination des modes normaux de vibration - Vibrations caractéristiques des groupements fonctionnels-  Analyses par diffraction des Rayons X - systèmes cristallins, groupes d’espaces, loi de Bragg, facteur de structure, extinctions systématiques, réseau réciproque, sphère d’ EWALD, diffraction sur poudre : application, calcul des angles de diffraction, des paramètres de mailles, des volumes de maille, indexation pour les systèmes les plus simples (cubique), loi de Végard

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          CND AVANCE

          Cours : Ultrasons-Laser (8h CM, 4h TD, 8h TP) : - Principes de la génération et de la détection d’ondes ultrasonores par sources laser. - Etude des diagrammes de directivité des ondes acoustiques. - Calcul du déplacement normal associé à certain types d’onde ultrasonore. - Applications au CND de structures. Microscopie acoustique (7h CM, 4h TD, 2h TP) : - Microscopie Acoustique à Balayage (Scanning Acoustic Microscopy - SAM) - Mécanismes de contraste, différents types de SAM (SAM à champ proche,…) - Applications au CND des matériaux Contrôle Santé Intégré (7h CM, 4h TD, 2h TP) : - Localisation de sources par émission acoustique et techniques de corrélation - Détection et localisation d'endommagement par transducteurs fixes - Algorithmes d'imagerie par rétropropagation - Réseaux de capteurs acoustiques TD : Illustrent le cours particulièrement sur : l’exploitation des signaux acoustiques excités et détectés par sources laser ; la propagation et la rétropropagation dispersive, les techniques de localisation... TP : 4 Tps de 2h, 1 TP de 2h, 1 TP de 2 h

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          CONTROLES DESTRUCTIFS

          Analyses chimiques - Techniques utilisées : absorption atomique, chromatographie ionique, spectrométrie de Flamme, HPLC, Fluorescence X, UV-VisibleCaractérisations mécaniques - - Chapitre 1 : Généralités en mécanique. Définition contraintes, déformations, force, moment, modèles de comportement. Les différents types de sollicitations : traction, flexion, cisaillement, torsion. Moyens expérimentaux d’essais (matériaux et structures) et de mesure - - Chapitre 2 : essais de caractérisation de la loi de comportement, essais mécanique, illustration avec programmes de recherches (LAMIH/MECA), modélisation numérique - - Chapitre 3 : Mécanique de la rupture, essais de résilience, mécanismes micro/macroscopiques de la déformation - Visite locaux CISIT/Valutec

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          METALLURGIE

          - Chimie des métaux et alliages non ferreux Étude de l’extraction des éléments métalliques contenus dans les minerais (métallurgie extractive). Présentation des procédés de pyrométallurgie (diagrammes d’Ellingham), d’hydrométallurgie (équilibre de précipitation en milieu aqueux) et d’électrométallurgie (courbes intensité/potentiel). Étude des structures cristallines et des solutions solides formées par les métaux. Analyse des diagrammes d’équilibre et de l’influence de la composition sur la microstructure des alliages. Élaboration industrielle du nickel, du titane et du zinc. Diagrammes d’Ellingham des composés du carbone et du dihydrogène. Étude des phases cristallines et des microstructures présentes dans les fontes et les aciers (diagramme fer-cémentite). Découverte des diagrammes d’équilibre des alliages cuivre-magnésium, titane-or, nickel-titane, argent-europium et discussion autours de leurs propriétés et usages. Définition de la nomenclature industrielle des aciers. -Corrosion chimique des matériaux Les problèmes de corrosion sont des phénomènes couramment rencontrés dans le domaine industriel. -La première partie abordée concerne les différents principes d’électrochimie : potentiel d’équilibre, potentiel standard, loi de Nernst. Les différentes réactions cathodiques et anodiques sont alors détaillées ainsi que les phénomènes de polarisations, pour aboutir à la description des différents types de corrosion et de passivation et aux méthodes électrochimiques permettant de les étudier. -La deuxième partie du cours traite des cas pratiques de corrosion en décrivant le phénomène et en le corrélant aux principes fondamentaux de corrosion; tels que : la corrosion galvanique, l’influence des facteurs métallurgiques (écrouissage, ségrégation), l’effet du milieu de corrosion, les piles de concentrations, la corrosion par piqûre, corrosion mécanique, corrosion cavitation, la corrosion par les eaux, atmosphérique et par les sols. -La troisième partie du cours apporte des réponses aux problèmes désormais connus, et décrit les différentes méthodes de lutte contre la corrosion. (inhibiteur de corrosion, « design », choix des matériaux, revêtement métallique et non métallique, protection anodique et cathodique, galvanisation). Enfin, la corrosion sèche est abordée par des aspects énergétiques, thermodynamiques et cinétiques, le modèle de « pilling-bedworth » est introduit et permet de mieux appréhender la formation des couches d’oxyde et de leur efficacité comme revêtement protecteur.

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          QUALITE

          -Plans d’expériences - Base des plans d’expériences : plans à deux niveaux. Définition des facteurs. Nombre d’essais à réaliser. Calcul de l’effet des facteurs et de leurs interactions. - Ordre des expériences à réaliser : randomisation, dérives, blocking. - Validité des plans et estimation des incertitudes. - Plans fractionnaires : choix des générateurs et calcul d’aliases. Plans complémentaires. - Plans de mélanges : mélanges à deux, 3, 4 constituants. Modèles : plans de mélanges centrés - modèle de degré 3. Plans avec contraintes. -Métrologie et Démarche Qualité Pour tout processus de mesure, une évaluation préalable des risques conduit à l’identification des paramètres critiques. Elle constitue de ce fait un outil d'aide à la décision permettant de spécifier ou de vérifier l'adéquation correcte des besoins métrologiques. La métrologie se définit alors comme l’opération ou l’ensemble des opérations permettant de déterminer avec précision la ou les valeurs de grandeurs à mesurer. Elle doit préciser et justifier le choix des moyens de mesure et les conditions de mesurage. Dans ce contexte, on désigne deux aspects basés sur une action de mesures, l'un descriptif, l’autre matériel: 1- aspect descriptif : c'est l'ensemble d’opérations détaillées pour l’élaboration d'un produit fini qui doit posséder des caractéristiques imposées dans les limites de tolérances fixées. 2- aspect matériel : c'est l'installation proprement dite, comprenant tous les appareils nécessaires à l’évolution et l’évaluation d’un procédé. Nous présentons ensuite les différentes approches de l'analyse appliquées en science de mesure, et en particulier, les avancées scientifiques récentes dans les domaines de la Sûreté de Fonctionnement, de l'aide à l'expertise et des approches métrologiques aux états-limites. Ce cours portera sur deux niveaux principaux : 1. La définition de l'erreur de mesure : la métrologie ; 2. L'incidence des erreurs de mesures dans un cadre démarche qualité ; Cette action permettra de quantifier, pour chaque niveau d'erreur de mesure, une estimation de la criticité, de l’occurrence et de la détectabilité

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          4 36 HeuresImprimer
          ANGLAIS

          TD : -ANGLAIS PROFESSIONNEL : -Parler de son entreprise : vocabulaire spécifique, parler de ses fonctions / ses tâches au sein de l’entreprise -décrire un graphique - LES MATERIAUX : Compréhension d’articles TP : -communication orale : présenter une entreprise -travail en groupe autour de projets divers -écrit : rédaction de rapport sur son apprentissage

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            SHS3 36 HeuresImprimer
            PROFESSIONNALISATION4 Imprimer
            S9
            Crédits ECTSVolume horaire
            ANALYSE & TRAIT. DU SIGNAL4 36 HeuresImprimer
            ANGLAIS

            TD : -Préparation au TOEIC -LES MATERIAUX : travail sur dossier autour de différentes problématiques à partir de textes écrits et oraux, argumentations écrites et orales TP -travail de l’oral à partir de différentes situations du monde professionnel, du métier d’ingénieur -rédaction de rapport en lien avec le monde professionnel

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              3 36 HeuresImprimer
              ECO-CONCEPTION 2

              - EC Développement Durable : Les matériaux nouveaux doivent tenir compte de l’environnement. Mais quelles sont les matières premières ou les techniques qui qui doivent être supprimées ou limitées et pourquoi ? Il est important de le savoir avant de se lancer dans de nouvelles formulations de produits ou de process. Les milieux naturels sont intimement liés : les émissions de polluants dans l’air, qu’elles soient naturelles ou anthropiques, entraînent des pollutions locales ou des phénomènes atmosphériques. De plus, les retombées polluent les sols, à proximité ou loin des sources d’émission. Les déchets et les énergies sont deux domaines qui ont un impact fort sur l’environnement et le développement durable. Plusieurs sujets sont proposés aux étudiants en début d’année, en fonction de l’actualité. Ils en choisiront 9, qui seront traités sous forme de conférences de 2 heures. Pour l’air : Le CO2 et autres gaz à effet de serre, le phénomène, et les conséquences. Débat : sommes-nous responsables du réchauffement climatique ? Les composés soufrés, effets sur les matériaux et l’environnement. Exemples de la lèpre de la pierre sur les monuments dans le monde entier. Le trou de la couche d’ozone, les gaz responsables, les effets sur la planète. Les pollutions urbaines et les smogs, la vallée du Mont-Blanc, région la plus polluée de France Les biocarburants : préparation et comparaison. Est-ce une solution ? Les pots catalytiques : définition, réactions, matériaux La capture de CO2 : propositions, efficacité. Les sols : Les engrais, cycles de l’azote et du phosphore. Où en est-on ? Les métaux dans les sols : toxicité, transferts, mobilités, facteurs de bioaccumulation. Cas graves dans le monde et maladies liées. Les pesticides : herbicides et insecticides, composition, propriétés, effets. La dépollution des sols : les sites contaminés, définition, classement, source, vecteurs, cibles. Diagnostic environnemental, investigation de terrain, échantillonnages, analyses, identifications, dosages pour établir l’analyse du danger. Exemples dans la région Nord-Pas de Calais Méthodes de dépollution des sols : présentation de dépollution ayant été effectuées Les déchets : Comparatif entre les décharges et les incinérateurs sur l’impact environnemental. L’évolution des incinérateurs en termes de lavage des gaz. La pyrolyse : échecs en France, exemple d’Arras L’énergie : Les centrales nucléaires en France et dans le monde (EPR) Les énergies nouvelles -EC : Matériaux émergents et Ecomatériaux *Matériaux Emergents: Description des matériaux et applications. Quasicristaux, matériaux nanostructurés, nanotubes de carbone, alliages à mémoire de forme, matériaux adaptatifs, supraconducteurs, matériaux pour stockage d’énergie, verres spéciaux, biocéramiques, fibres textiles, matériaux cellulaires et à gradient de composition... . *Ecomatériaux Propriétés des renforts naturels (lignocellulosiques, cellulosiques, polysaccharides,…) pour l’élaboration de matériaux composites. Méthodes « Template » pour mise en œuvre de matériaux nanoporeux actuels, Méthodes sol-gel pour accés aux nanopoudres techniques (ex : photocatalyseurs), Copolymères à bloc pour développement de microsystèmes. Matériaux supramoléculaires.

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              MATERIAUX DURABLES

              EC : Composites-Renforcement -Description des différentes classes des matériaux composites à matrice polymérique, métallique, verre et céramique. -Présentation des mécanismes de renforcement. -Présentation des techniques de fabrication des différents matériaux composites et de leurs caractéristiques. -Exemples d’applications EC : Revêtement multifonctionnels -Galvanoplastie, CVD, PVD, étamage, dépôts en couches minces et dépôts épais. -Dépôts sol-gel, application sur divers substrats -Traitement des polymères

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              MATERIAUX PIEZOELECTRIQUES & CONDUCTEURS

              Conducteurs ioniques : - Introduction à la conductivité ionique - Les principaux conducteurs ioniques cristallisés, amorphes cationiques ou anioniques - les Piles à combustibles, les SOFC, les PEFC, application au transport Matériaux piézoélectriques - Méthodes de caractérisations : - Corrélation structure microscopique/propriétés macroscopiques - Techniques de mises en forme des matériaux piézoélectriques - Méthodes de caractérisations électriques : propriétés diélectrique, ferro-piézo-électriques - Applications des différentes familles : capteurs et actionneurs

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              METHODOLOGIE & ANALYSE DES RISQUES

              Dans un cadre donné, qu’il s’agisse du travail de qualification ou d’un travail de synthèse à effectuer, nous serons amenés à chercher des informations, à les sélectionner, à les critiquer, à les regrouper, à les synthétiser, à faire des liens entre elles, à élaborer une argumentation et une opinion personnelle, à structurer nos idées et à rédiger les résultats de nos recherches sous une forme cohérente. La méthodologie se définit alors comme l’opération ou l’ensemble des opérations permettant de déterminer le cadre pour organiser le travail, gérer le temps afin de respecter les délais qui nous auront été impartis et par ailleurs optimiser notre démarche qualité. Nous présentons ensuite les différentes approches de l'analyse de risques appliquées en science de mesure, et en particulier, les avancées scientifiques récentes dans les domaines de la Sûreté de Fonctionnement. Car pour tout processus, une évaluation préalable des risques conduit à l’identification des paramètres critiques. Elle constitue de ce fait un outil d'aide à la décision permettant de spécifier ou de vérifier l'adéquation correcte des besoins résultant d’un bon travail de synthèse. Contenu des enseignements ¿ comprendre les fondements de chaque approche (méthode qualitative ou quantitative) ¿ faire la différence entre les apports d’une recherche quantitative ou qualitative et donc savoir que mobiliser selon les objectifs d’analyse, ¿ concevoir un protocole de recherche, être capable de poser les questions pertinentes et d’avoir recours à une littérature conceptuelle adéquate, ¿ pratiquer des méthodes optimisées dans le but de catégoriser des données riches exploitables afin d’évaluer les risques. L'objet est de placer l'analyse de risques dans le contexte général des mesures et de définir les approches principales d’analyse de risques : les modélisations physiques et fonctionnelles relevant des méthodes internes d'analyse de risques, les approches statistiques et expertes relevant des méthodes externes. Pour chacune de ces approches, on cite les applications remarquables dans le domaine de la physique appliquée.

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                MICROSYSTEMES

                EC Couches minces et nanomatériaux  : - Connaissance générale sur les couches minces - Connaissance des techniques de réalisation de couches de matériaux actifs dédiés aux micro-capteurs (pulvérisation cathodique, sol gel,…) - Connaissances des matériaux utilisés EC Micro-capteurs : - Connaissance de l’intérêt des micro/nanotechnologies (salle blanche, production de masse, possibilité d’intégration hétérogène avec la microélectronique, …) - Connaissance et mise en œuvre des procédés microtechnologiques de base - Techniques de gravure, lithographie optique et électronique - Conception et structuration - Application des capteurs micro-usinés (CND,…) - Intégration hétérogéne microcapteurs/microélectronique

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                4 40 HeuresImprimer
                SHS23 36 HeuresImprimer
                S10
                Crédits ECTSVolume horaire
                PROFESSIONNALISATION26 Imprimer
                PROJET4 Imprimer